SPE-QTOF-MS法快速測定水中4 種典型的PPCPs

劉淑坡， 楊志敏， 于路偉， 李 飛

（華僑大學a.土木工程學院；b.分析測試中心，福建廈門 361021）

0 引 言

藥物與個人護理品（Pharmaceuticals and Personal Care Products，PPCPs）最早由Daughton 于1999 年提出［1］，包括各種藥物（如抗生素、類固醇、消炎藥、鎮靜劑、抗癲癇藥、避孕藥、神經興奮劑等）以及個人護理品（如化妝品中的合成香料、顯影劑、遮光劑、驅蚊劑、消毒殺菌劑等）等。PPCPs 具有累積性、持久性、生物毒性和“三致”效應等，對生物體的影響不可逆轉［2-3］；隨著使用量的逐年增加，PPCPs 已經在河流［4］、湖泊［5］、飲用水［6-7］、海洋［8］等水環境中檢出，其檢出水平從ng/L至μg/L。

目前，大多數研究均使用液相色譜串聯質譜技術［9-13］檢測PPCPs。液相色譜串聯質譜技術無需衍生化處理，能夠滿足多組分同時檢測的情況下仍有較好的選擇性、靈敏度和特異性，但是其對復雜基質的抗干擾能力不足，準確度方面也有欠缺，常出現假陽性［14］，而且定性過程過分依賴標準品［15］，不利于實際環境水樣篩查工作的推廣。

四極桿飛行時間質譜儀具有高分辨率和高靈敏度的特點，具有全質量數數據采集及數據可溯源性等多方面的優勢。先通過全掃描模式獲得一級數據，提取目標物的一級質譜精確質量數獲得定性和定量結果，再進行二級全掃描數據采集，進一步提高定性的準確性，越來越多地受到廣大檢測工作者的青睞。

本文根據中國水環境中PPCPs 的濃度水平，選取了包括防腐劑類（雙酚A、對羥基苯甲酸丙酯）、雌激素類（17α 炔雌醇）和血脂調節劑類（吉非羅齊）共4種PPCPs為研究對象，采用固相萃取濃縮環境水樣，建立了基于超高效液相色譜-四極桿飛行質譜技術結合固相萃取檢測水中多種PPCPs的分析方法，并以廈門市集美區某高校附近地表水為代表，進行了考察，為水質安全快速篩查和監測提供了新的技術支持。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器Agilent 1290 系列超高效液相色譜儀（美國Agilent公司），配備在線脫氣系統、二元泵、自動進樣裝置、柱溫箱；Agilent 6545 高分辨飛行時間質譜儀（美國Agilent公司），配備鞘流雙電噴霧離子源（dual Jet Stream ESI），Mass Hunter Data Acquisition 實時采集工作站，Qualitative Analysis離線分析軟件。

試劑HPLC 甲醇（≥99.9%）和HPLC 乙腈（≥99.9%）購自Merck 公司；HPLC 級醋酸銨（≥99.0%）和HPLC 級甲酸（≥98.0%）購自阿拉丁公司。Bond Elut C18（500 mg，3 mL）固相萃取小柱購自Agilent公司；4種標準品均購自DrEhrenstorfer（見表1）。

表1 4 種PPCPs的基本信息

1.2 色譜質譜條件

1.2.1 色譜條件

色譜柱：Agilent ZORBAX Eclipse Plus-C18（50 mm× 3.0 mm，1.8 μm）；進樣體積5 μL。流動相：A相為超純水溶液，B 相為甲醇溶液。梯度洗脫程序0 ～1 min，50% B；1.01 min，60% B；1.01 ～3 min，60% B；3.01 min，90% B；3.01 ～5 min，90% B。流速0.4 mL/min；柱溫：不控溫；平衡時間5 min。

1.2.2 質譜條件

采用鞘流雙電噴霧電離源，電噴霧離子源干燥氣為高純氮氣，干燥氣溫度和流速分別設定為300 ℃和10 L/min，毛細管電壓4 kV，霧化氣壓力0.21 MPa，碎裂電壓120 V（二級質譜中EE2 的碎裂電壓為200 V），鞘氣溫度350 ℃，鞘氣流速10 L/min，離子掃描范圍m/z 50 ～1 100。

在負離子模式下采集數據，參比離子質荷比（m/z）為112.985 6，每次采集運行前，使用調諧液（含125 μmol/L三氟乙酸銨、5 μmol/L嘌呤和1.25 μmol/L 6-（1-氫，2-氫，3-氫-全氟丙氧基）磷氮混合溶液（溶劑體積比為乙腈∶水，95∶5）進行質量軸校準。

1.3 樣品前處理

使用1 L的白色廣口塑料瓶采集廈門市集美區某高校附近地表水，水樣在1 h內運回實驗室，通過0.22 μm尼龍纖維膜過濾。

過濾后的水樣經過C18 固相萃取小柱對實驗樣品進行凈化處理。固相萃取柱依次采用3 mL 甲醇、3 mL Milli-Q超純水進行活化與平衡，再用大體積進樣器將樣品導入固相萃取小柱內。上樣完成后，采用3 mL甲醇溶液對目標分析物進行洗脫。在整個固相萃取過程中，流速均控制在1 或2 滴/s。洗脫結束后，用移液槍移取一定量的洗脫液至棕色容量瓶中，稀釋至一定濃度，備檢測。

2 結果與討論

2.1 色譜條件優化

（1）流動相選擇。

①有機相選擇。主要考察了PPCPs 檢測中較為常用的甲醇與乙腈，發現采用同一個洗脫梯度條件，甲醇作為有機相時，由于甲醇更易于揮發和離子化，4 種PPCPs的響應強度明顯優于乙腈。

②水相選擇。主要選擇0.1% 甲酸水溶液，2 mmol/L醋酸銨水溶液，5 mmol/L 醋酸銨水溶液，10mmol/L醋酸銨水溶液5 種水相。結果發現，水相中添加緩沖鹽和酸后，化合物的峰形有所提高，4 種PPCPs的保留時間有所減少，但其響應強度明顯降低。最終確定選擇純水-甲醇作為流動相，并通過反復優化，確定了文中所述的梯度條件，4 種PPCPs可以在5 min內洗脫，并具有較好的峰形和分離效果，4 種PPCPs的提取離子流圖如圖1 所示。（2）柱溫箱溫度選擇。考察了柱溫箱為20 ℃，25℃，30 ℃，35 ℃，40 ℃時，4 種PPCPs的響應強度。結果表明，溫度為40 ℃時，4 種目標度的響應強度最大，為最佳柱溫箱溫度。

圖1 4種PPCPs的提取離子流圖（100 ng/mL）

2.2 質譜條件的優化

（1）一級質譜提取色譜圖范圍確定。通過對4 種PPCPs進行一級質譜全掃描，確定了每個化合物的實際精確質量數，并比較了提取離子流圖中提取范圍為± 1 × 10－5和± 5 × 10－4兩種模式下的結果。發現當提取范圍為± 1 × 10－5時，4 種PPCPs均可以與基質中的干擾物實現基線分離，如圖2 所示。

圖2 BPA不同提取范圍下的離子流圖

（2）二級質譜碎裂電壓的確定。比較了碎裂電壓為80 ～240 V時，4 種PPCPs響應強度的變化，化合物的響應強度會隨碎裂電壓的升高呈現先增加再降低的情況。綜合考慮后確定PPP、BPA、GEM的碎裂電壓設置為120 V，EE2 的碎裂電壓設置為200 V，碰撞能量設為10 ～40 eV，并結合一級質譜全掃描模式得到的保留時間和精確質量數確定了4 種PPCPs二級質譜的采集參數設置。

2.3 線性范圍和檢出限

用50%甲醇水溶液配制一系列標準樣品，濃度分別為0.1、0.25、0.5、1、2.5、5、10、25、50、100 ng/mL，經超高效液相色譜-四極桿-飛行時間質譜儀測定，提取色譜圖中提取范圍為± 1 × 10－5，以色譜峰面積為縱坐標（Y），對照溶液的質量濃度（ng/mL）為橫坐標（X），繪制標準曲線，得到線性范圍和線性相關系數R2，以3 倍儀器檢測信噪比（S/N ＝3）計算各化合物的定性篩查檢出限（LOD），以10 倍信噪比（S/N ＝10）計算定量限（LOQ），結果如表2 所示。

表2 4 種PPCPs的色譜、質譜信息、檢出限和定量限

4 種PPCPs均能在濃度低于0.5 ng/mL的水樣中被檢測出來，有很好的靈敏度。不同濃度水平下所有PPCPs提取精確質量離子的重疊結果如圖3 所示。根據結果可以看出，即使在很低的濃度，仍能對PPCPs進行準確的分析。

圖3 不同濃度水平下4種PPCPs提取精確質量離子的疊加圖

2.4 加標回收試驗

為考察本方法的準確性，對空白水相進行標準添加實驗，加標濃度分別為5，25，50 ng/mL，每個加標濃度做3 個平行樣，按1.2 和1.3 節方法處理和檢測，得到不同添加水平下4 種PPCPs的回收率和相對標準偏差。結果表明，在不同的加標水平下，4 種PPCPs的平均回收率在97.73% ～106.0%，相對標準偏差小于4.62%，各PPCPs 的回收率和相對標準偏差如表3所示。

表3 4 種PPCPs在不同加標水平下的回收率及相對標準偏差%

2.5 實際樣品檢測

利用本研究方法對廈門某高校附近地表水中PPP、BPA、GEM和EE2 這4 種PPCPs進行實測，提取4 種PPCPs色譜圖的峰面積進行積分，得到樣品中每種PPCPs的濃度，結果如表4 所示。4 種PPCPs 檢出的濃度范圍為0.30 ～357.2 ng/L。其中，BPA 含量普遍偏低，5＃地表水樣品含量明顯高于其他水樣，5＃采樣點處在校外生活污水管網匯合口，可能是由于含有大量BPA的生活污水匯入。各地表水水樣中PPP 含量差別不大，濃度范圍為16.93 ～67.30 ng/L。除5＃水樣以外，其他水樣GEM含量普遍偏高，平均濃度為83.08 ng/L，是PPP含量近3 倍。所有水樣都未檢出EE2。

表4 實際樣品中PPCPs濃度 ng/L

3 結 語

本研究應用超高效液相色譜、四極桿、飛行質譜技術結合固相萃取，將樣品的固相萃取、富集凈化和檢測分析于一體，通過對檢測參數的考察優化，確定了最佳的檢測條件，建立了基于保留時間、母離子及離子精確質量數對4 種常見PPCPs進行快速篩查和定量分析的方法，并在廈門市某高校周邊地表水中的PPCPs初步篩查和定量分析中得要有效驗證，取得了良好效果。該方法操作簡單、快速、靈敏度高，能夠對水中痕量多組分PPCPs進行快速篩查和定量分析，為水質風險監測提供了一種有力的技術支持。